郑州宝冶钢构有限公司

一、基本情况

（一）案例介绍

　　郑州宝冶钢构钢结构生产线由智能下料中心、部件加工中心、智能配送中心、智能H型钢成型中心、智能型钢加工中心以及智能装焊中心组成，可以实现零件自动下料，智能检查，零件智能配送，H型钢组焊矫一次成型、H型钢智能加工以及智能装焊等工艺的一体化。生产线配套的信息管理平台涵盖企业资源技术、产品全生命周期、供应链管理、仓库管理、制造执行、能源管理、数据采集与监视及设备物理层管理等功能，可以实现生产仿真分析、进度跟踪、自动排产、工艺能耗分析、装配构件实时追溯、成本最优管控、实时决策等全方位可视化运维管理。与传统生产线相比，该生产线单线作业工人从80人减少至16人，用工降低80%，单位面积从1.2T/m2提升到1.5 T/m2，生产效率提升25%，综合成本降低20%。

　　图1一站式智能制造信息管理平台

　　郑州宝冶钢结构有限公司为中国中冶旗下上海宝冶专业品牌公司，在郑州以“高起点、高标准、高定位”的要求规划建设了智能化生产线，于2019年投产运营;是国家高新技术企业及河南省钢结构智能制造工程技术研究中心、河南省装配式建筑产业基地等。公司聚焦装配式钢结构建筑及中高端钢结构市场，业务瞄准“超高层、大跨度、特色建筑、专业工程”标志性钢结构建筑。

二、案例应用场景和技术产品特点

（一）技术方案要点

　　该项目以产能提升、减人增效、节能环保、品质提升为目标，基于智能化生产线及一站式智能制造信息管理平台，打造涵盖钢结构设计、采购、制造、安装、检测等各环节的全生命周期的管理模式，实现钢结构行业的生产建造全流程的可视化、精细化、信息化的管理模式，整合产业链上下游资源，增强行业协同能力。

　　1.智能化生产线

　　宝冶钢构智能化生产线(智能制造六中心)由智能下料中心、部件加工中心、智能配送中心、智能H型钢成型中心、智能型钢加工中心以及智能装焊中心组成(如图2所示)，分别对应钢结构生产制造各个工序，实现零件自动下料，智能检查，零件智能配送，H型钢组焊矫一次成型、H型钢智能加工以及智能装焊等工艺的一体化，可满足钢结构建筑40%构件的智能化制造。

　　图2钢结构智能制造六中心

　　2.一站式智能制造信息管理平台

　　一站式智能制造信息管理平台以“一个平台、两个层次、八个方面、四类数据”作为平台的建设思路(如图3所示)，融合OA、NC、电商及财务系统，涵盖企业资源技术、产品全生命周期、供应链管理、仓库管理、制造执行、能源管理、数据采集与监视及设备物理层管理等功能，集成可视化管理四大调度中心(如图4所示)，实现从设计、生产制造到现场安装的全生命周期的可视化和品质分析，确保底层到顶层的生产数据透明化，实现了生产仿真分析、进度跟踪、自动排产、工艺能耗分析、装配构件实时追溯、成本最优管控、实时决策等全方位可视化运维管理。

　　图3平台建设思路

　　图4四大调度中心

　　3.宝冶钢构智控中心

　　宝冶钢构智控中心(如图5所示)以 “数据中心、交互中心、总控中心、决策中心”为建设理念，使公司管理层可以实现远程调度“一站式智能制造信息管理平台”，随时了解工厂的实时生产状态、设备运转情况、工程进度情况以及生产进度情况，同时融合5G技术，利用5G+无人机、5G+智慧安全帽、5G+超高清摄像头等手段，解决施工现场人员、安全、质量管理难题，最终实现了涵盖供应链生产车间和产品全生命周期的建造服务可视化管理，提高企业科学决策能力。

　　图5宝冶钢构智控中心

（二）关键技术

　　通过大数据、物联网、BIM技术、5G技术等打通钢结构设计、制造、安装全过程数据链，实现客户、供应商、管理者互联互通，实现钢结构生产智能化、制造数字化、装备智联化、管理可视化，并形成设计标准化模型、生产流程模型、工艺模型、质量管控模型、预拼装模型和智能服务模型等，最终完成建造过程中的设计、采购、部品部件加工、物流运输、安装和维护的全生命周期管理。

（三）创新点

　　1.基于生产过程的一站式智能化、信息化管理平台的技术创新

　　(1)建立了高效数据采集、互联体系(如图6所示)。让智能设备“互联互通”，让软件变得更“强”，让构件生产变得更“经济”。

　　图6智能制造调度中心

　　(2)充分利用BIM建模数据导入生产过程。打通钢结构设计、制造、安装、维护全过程数据链，实现钢结构建筑工程的智能化、产品化(如图7所示)。

　　图7 BIM建模数据导入生产过程

　　2.钢结构标准化设计及节点优化的创新

　　(1)钢结构构件的模块化、系列化、标准化设计(如图8、9所示)。

　　通过对以往钢结构产品形式及智能化生产设备的适用性分析，在结构设计阶段推荐选择结构适应范围广、能满足结构安全性和舒适性要求、易于施工建造，并具有较高综合经济效益的钢结构体系及构件形式。

　　图8标准化节点

　　图9项目BIM模型

　　(2)基于智能生产的钢结构数字化设计(如图10所示)。

　　改变传统设计单处以图纸为设计结果的形势，将产品设计各阶段的设计成果数字化，从而更好的实现产品的设计交互管理，从设计角度更加有效的服务产品全生命周期管理。

　　图10项目数字化设计模型

　　3.基于5G技术的钢结构智能化生产模式

　　公司将智能化与5G技术进行结合，根据生产痛点，寻找解决路径，打造了“1+2+N”解决方案(如图11所示)，利用5G网络，使用5G+PLC、5G+传感器模组、5G+机器视觉、边缘计算等手段实现设备远程控制及生产数据全流程贯通;使得生产更通畅，设备运转更高效、减人增效更显著，实现传统行业生产、维护、进度、安全管理全流程智慧化、可视化。

　　图11 5G技术在宝冶钢构场景应用

（四）技术优势及应用情况

　　该生产线主要用于钢结构构件制造及全生命周期管理，已服务于包含北京冬奥会国家雪车雪橇中心、安阳高陵本体保护与展示工程、富阳亚运射击射箭现代五项馆、唐山新体育中心、北京环球影城主题公园、廊坊华为云数据中心、苏州科技馆、上海陆家嘴康德学校、上海徐泾镇徐乐路A18-05地块、安阳文体中心等一批重大项目。

　　与传统制造生产模式及信息化解决方案相比，该生产线优势包括：一是钢结构生产全面智能化，涵盖生产工艺的各个流程，实现工厂的少人化甚至无人化;二是自主定制开发的一站式智能制造信息化管理平台，涵盖了MES、ERP、PLM、SCM、WMS、SCADA 等系统，实现涵盖人、机、料、法、环全数据链打通、全流程精细化管理、全方位统筹“一站式”管理;三是通过自主研发的BIM轻量化设计模型处理系统与增强现实、数据智能技术相结合打造的数字孪生的可视化平台，为客户提供全方位的可视化运维管理。

三、案例实施情况

（一）案例基本情况

　　生产线的应用以安阳文体中心为例。该项目地处安阳市中轴线中部，项目总占地面积702.6亩，总建筑面积217577.46㎡。

　　图12安阳文体中心鸟瞰图

（二）应用过程

　　1.人员管理

　　通过对企业人员信息的多维度管理，实现了企业员工各种信息的整合，充分利用和开发企业人才资源，并使得企业在对经营风险和用工风险的规避中建立起一套完整人力资源相关保障体系(如图13所示)。

　　图13人员管理

　　2.项目管理

　　通过对项目过程中涉及到的各环节的数据管理，打通项目建设环境过程中各环节数据的“物流传递”，形成信息供给链，解决项目过程中跨部门数据沟通的问题，提高了工程项目管理的能力，并实现了数据的追溯管理(如图14所示)。

　　图14项目管理

　　3.设计管理

　　设计中心根据客户定制化需求设计产品，并利用3D模型生成产品模型，同时自动生成所需物料清单，并对人员、设备、材料等资源进行分配，后续物料下单订购、人力和设备等资源配置、加工等环节会自动生成工作流程(如图15所示)。

　　图15设计中心操作页面

　　通过BIM数据，自动生成材料需求(如图16所示)，自动分析生产工作量(图16所示)，自动分析构件工序流程(如图17所示)，自动形成任务计划(如图18所示)，实现构件生产施工全过程跟踪。利用现代跟踪技术，对材料和构件跟踪定位，分析构件流转速度，及时调整，保证生产通畅。结合质量检查，确保构件关键工序质检100%执行，攻克构件变更难关，定位构件状态，分析变更性质，人机交互，确定方案，确保变更构件得到合理的处理。

　　图16系统从模型自动分析出材料清单及工作量

　　图17系统自动分析构件工序流程

　　图18系统自动生成计划

　　4.材料管理

　　通过对材料从采购到出库的全流程统一管理，构建供应商与工厂、仓库和车间的端到端物流与信息流，解决了厂外物流、厂内物流信息流不透明的问题，形成了最优的实时材料数据管理，可对材料实现从下游到上游的全流程追溯。

　　将需要采购的材料通过电商采购模块(如图19所示)实现材料的采购。材料通过扫码实现出入库管理(如图20所示)。

　　图19材料采购

　　图20材料出入库管理

　　5.工艺管理

　　通过对工艺参数及路径的管理，建立了标准的工艺库，实现了工艺路径的结构化管理，解决了生产制造过程中缺乏标准工艺管理的问题(如图21所示)。

　　图21材料出入库管理

　　6.制造管理

　　经过一站式系统对模型进行轻量化处理(如图22所示)，将任务分别派送给对应的智能化生产线设备完成部品部件的零件下料、零件坡口加工、零件智能检查与分拣、H型钢一体化成型、构件智能化装焊和涂装，实现部品部件的智能化生产。

　　图22安阳文体中心BIM轻量化模型

　　(1)智能下料中心(如图23所示)：由板材加工中心、全自动直条切割机组成，具有自动巡边、坡口、车铣钻孔、刻字划线、共线切割等功能，减少零件工序流转，一键启动，无人值守，自动定位校准，自动排距，自动切断，高效完成零件和主材下料。

　　图23智能下料中心(左全自动直条切割机右板材加工中心)

　　(2)部件加工中心：包括智能坡口机器人，条板坡口成型机和平面钻等设备，能过离线编程和3D扫描技术，自动完成各类坡口开设。

　　(3)智能分拣中心：通过3D扫描技术，实现对零件的识别100%检测、分类;通过5G+UWB定位技术，完成零件指定工位智能配送。

　　(4)智能H型钢的成型中心：根据国内钢结构需求，自行设计制造的H型钢成型生产线，可自动完成上下料、对中、组立、焊接、清渣、校正等工序。

　　(5)智能H型钢加工中心(如图24所示)：包括三维钻及划线中心、数控锯床、锁口机器人等主要设备，通过软件优化型钢生产工序，自动完成车铣钻孔，四面刻字划线等。

　　图24智能H型钢加工中心

　　(6)智能装焊中心：该中心是钢结构装配焊接生产线，实现钢结构制造过程中最复杂工序生产的无人化，自动识别零件，自动校准装配位置，自动完成装配和焊接工作，与传统装配方式相比，可节约85%的装配时间。

　　7.设备管理

　　以物联网为手段，实现生产设备的互联互通，收集设备运转参数(如图25所示)，分析运转效率(如图26所示),实时分析设备状态，确保安全运转。实现设备与 BIM 直连，实时管理指令传输(如27所示)，加工进度收集，远程控制设备运转参数(如图27所示)，确保设备运转过程中工艺参数满足标准要求。

　　图25设备运转参数

　　图26平台SCADA能耗分析

　　图27远程控制设备运转参数

　　8.手机端便捷管理

　　一站式信息管理APP集成了PC端的部分功能，将项目管理、设计管理、设备管理、制造进度、材料进度、安装进度及数据报表等功能添加至APP移动端(如图28所示)，实现业主、监理、分包商、管理人员随时随地办公，提高办公效率。

　　图28手机端操作界面

四、应用成效

（一）解决的主要问题

　　该项目针对传统钢结构生产制造模式进行升级改造，结合新一代信息技术，完成以平台为基础的钢构件生产管理模式的创新，实现了项目的全生命周期管理，提高工作效率及管理水平，有利于解决钢结构行业人口老龄化、招工困难、用工成本高的问题，质量参差不齐、质量水平不高的问题，以及钢结构生产制造过程中资源消耗及环境污染等问题。

（二）应用效果

　　跟传统生产线相比，该生产线单线作业工人从80人减少至16人，用工降低80%，单位面积从1.2T/m2提升到1.5 T/m2，生产效率提升25%，综合成本降低20%。

　　执笔人:

　　郑州宝冶钢构有限公司(吝健全、冯晓龙、张刚)

　　审核专家：

　　韩彦军(河北新大地机电制造有限公司，副总经理)

　　任成传(北京市燕通建筑构件有限公司，总经理)